JP2009016102A - 燃料電池内水分量推定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池10のインピーダンスを計測する計測装置60と、計測されたインピーダンスに基づいて、燃料電池10が、膜電極接合体13のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定部91と、燃料電池10内の推定水分量を算出する算出部92とを備え、算出部92は、燃料電池10が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、水分の入出量および発生量を積算することで推定水分量を算出し、燃料電池10が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、計測されたインピーダンスに基づいて推定水分量を算出する、燃料電池内水分量推定システムとした。
【選択図】図1
Description
量とに基づいて前記推定水分量を算出してもよい。
水分量の算出処理について説明する。はじめに、ECU90は、計測されたインピーダンスと、RFC1(図3を参照)とを比較する。計測されたインピーダンスがRFC1より大である場合、図3のグラフによって示されるインピーダンスと水分量との関係の通り(図3の範囲Aを参照)、水分量はQFC1より小である。このことは、インピーダンスが計測され
た時点において、主に水を含む範囲が膜電極接合体13のみであることを意味する。
料電池10における主に水を含む範囲が何れの領域まで達しているかを判断することが出来る。本実施形態においては、主に水を含む領域が膜電極接合体13のみである状態(範囲A)を、「所定の湿潤状態」とする。
接合体13以外にも存在する場合、水分量の変化量に対するインピーダンスの変化量が小さい(図3の範囲BおよびCを参照)。このため、燃料電池10が所定の湿潤状態にないと判定された場合、ECU90は、燃料電池10における水分の入出量および発生量を積算することで、推定水分量を算出する。燃料電池10内の水分量は、主に、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分と、酸化オフガスと共に排出される水分と、燃料ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分と、燃料オフガスと共に排出される水分と、発電に伴って生成される水分と、によって増減する。このため、ECU90は、単位時間当りの、酸化ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量qAirIn、酸化オフガスと
共に排出される水分量qAirOut、燃料ガスと共に燃料電池10内に取り込まれる水分量qH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量qH2Out、および発電に伴って生成される水
分量qGenを夫々算出し、これらを合計することで単位時間当りの水分量の収支を算出す
る。そして、ECU90は、単位時間当りの水分量の収支を時間の経過に従って積算することで、燃料電池10内の推定水分量QFCを算出する。
例えば、0)とする方法や、排出される酸化オフガスに含まれる水分量qAirOutを飽和水蒸気量とする方法、燃料電池10の運転状態から、予め用意されたマップを用いて算出する方法、加湿モジュールがある場合に、予め用意された水交換率マップを用いて算出する方法、等がある。なお、単位時間当たりの水分量の単位としては、例えばグラム/秒が用いられる。
ガスおよび燃料ガスの供給量を含む燃料電池10の運転状態に基づいて、予め用意された生成水分量のマップを用いて算出する方法等がある。但し、生成水分量を取得する方法は、上記方法に限定されず、実施の形態に適した方法が採用されることが好ましい。
料電池10内に取り込まれる水分量qH2In、燃料オフガスと共に排出される水分量qH2Out、および発電に伴って生成される水分量qGenを、時間の経過に従って積算し(例えば、以下の式を参照)、推定水分量を算出する。
QFC=∫(qGen+qAirIn+qH2In−qAirOut−qH2Out)dt
か否かを判定する。本実施形態において、ECU90は、計測されたインピーダンスがRFC1より大である場合に、燃料電池10が所定の湿潤状態にあると判定する。燃料電池1
0が所定の湿潤状態にあると判定された場合、処理はステップS103へ進む。ECU90は、計測されたインピーダンスがRFC1以下である場合、燃料電池10が所定の湿潤状
態ではないと判定する。燃料電池10が所定の湿潤状態にないと判定された場合、処理はステップS104へ進む。
に決定される方法が採用されてもよい。その後、処理はステップS101へ進む。
基づく水分量推定とを切り換えて推定水分量を算出することで、推定水分量の誤差を低減させることが出来る。また、誤差の少ない推定水分量が得られるため、推定水分量に基づいて、より効果的に燃料電池を制御することが可能となる。
態にあると判断したが、膜電極接合体13およびガス拡散層12、14のみが湿潤である状態を、所定の湿潤状態と定義し、計測されたインピーダンスがRFC2より大である場合
に、燃料電池が所定の湿潤状態にあると判断してもよい。
量の算出には、図3の範囲Aおよび範囲Bにおけるインピーダンスと水分量との関係を示すマップ、関係式、または固定値等が用いられる。
定水分量を、計測インピーダンスに基づいて算出された値でリセットする。計測インピーダンスに基づく推定水分量の算出には、上述の実施形態と同様に、マップ参照方式、関係式による方式、固定値方式等、実施の形態に適した方式が採用されてよい。なお、リセットが行われるタイミングは、燃料電池10の運転終了前であってもよいし、次回起動時であってもよい。
状態の判断のための閾値をRFC2としてもよい。
11 カソード側セパレータ
12 カソード側ガス拡散層
13 膜電極接合体
14 アノード側ガス拡散層
15 アノード側セパレータ
16 酸化ガス流路
17 燃料ガス流路
21 ガスタンク
51 空気ブロワ
60 計測装置
90 電子制御ユニット(ECU)
91 判定部
92 算出部
Claims (6)
- 燃料電池の抵抗を計測する計測手段と、
計測された前記抵抗に基づいて、前記燃料電池が、該燃料電池が有する複数の領域のうち含水量に応じた抵抗の変化が比較的大きい領域のみが湿潤である、所定の湿潤状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記燃料電池内の推定水分量を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態ではないと判定された場合、前記燃料電池における水分の入出量および発生量を積算することで前記推定水分量を算出し、
前記判定手段によって前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果に基づいて前記推定水分量を算出する、
燃料電池内水分量推定システム。 - 前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記判定に用いられた計測結果と、予め計測された前記所定の湿潤状態における前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項1に記載の燃料電池内水分量推定システム。 - 前記燃料電池は、領域として膜電極接合体を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項2に記載の燃料電池内水分量推定システム。 - 前記燃料電池は、領域として膜電極接合体およびガス拡散層を有し、
前記判定手段は、前記燃料電池が、前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である所定の湿潤状態にあるか否かを判定し、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、前記計測手段による計測結果と、予め計測された前記膜電極接合体および前記ガス拡散層のみが湿潤である場合の前記燃料電池内の水分量とに基づいて前記推定水分量を算出する、
請求項2に記載の燃料電池内水分量推定システム。 - 前記燃料電池内の水分量を低減させる水分量低減手段を更に備え、
前記計測手段は、前記水分量低減が実行されている間に該燃料電池の抵抗を計測する、
請求項1から4の何れか1に記載の燃料電池内水分量推定システム。 - 前記水分量低減手段は、前記燃料電池の運転終了時に前記水分量低減を行い、
前記算出手段は、前記燃料電池が前記所定の湿潤状態にあると判定された場合、該判定から該燃料電池の次回起動時までに、前記推定水分量を算出する、
請求項5に記載の燃料電池内水分量推定システム。
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